任意波形脉冲磁场下电磁力计算模型研究

陈国军¹，张永杰²，杨院生³，赫冀成¹

1. 东北大学材料电磁过程教育部重点实验室2. 宝钢集团中央研究院能源与环境研究所3. 中国科学院 金属研究所

摘 要：为了建立一个描述任意脉冲磁场下电磁力特性的数学模型,利用数学解析法推导建立任意波形周期脉冲电磁力的模型和理论解。利用此模型考察了三角脉冲磁场下电磁场和电磁力周期变化规律、脉冲频率、占空比和静磁场对电磁力的影响。结果表明:任意波形周期脉冲磁场可通过时谐场叠加得到,各个时谐场的频率为基频的整数倍。三角脉冲电磁力方向呈现交替变化,并且其电磁压力绝对值大于电磁拉力。在脉冲磁场某时间段内,介质内部同时存在电磁拉力和电磁压力。随着脉冲频率增大或占空比减小,电磁压力与电磁拉力都增大,但是电磁压力增幅远大于电磁拉力。随着静磁场感应强度增大,脉冲电磁力增大同时作用深度也增加。枝晶破碎是脉冲磁场细化晶粒组织的机理之一,枝晶在交替变化的脉冲电磁力作用下,可视作产生疲劳损伤,因此脉冲磁场电磁力特性能够增加枝晶破碎的几率。一方面可以通过设计调整脉冲频率、占空比和静磁场获得满足细化凝固晶粒组织所需电磁力;另一方面当脉冲电磁力足以使枝晶破碎时,降低脉冲频率或增大占空比,以便脉冲电磁力作用深度大,从而使凝固细化作用效果更佳。

关键词：脉冲磁场;晶粒细化;数学解析法;